信号基础

信号概念

信号是异步事件的经典实例，产生信号的事件对进程而言是随机出现的。进程不能简单地测试一个变量来判断是否发生了一个信号，而是必须告诉内核"在此信号发生时，请执行下列操作"。

某个信号出现时，可以告诉内核按照下列3种方式处理：

• 忽略信号
  SIGKILL和SIGSTOP不能被忽略，其他信号可以用signal(signo, SIG_IGN)表示忽略信号。

• 捕捉信号
  调用一个信号处理函数。

• 执行系统默认动作
  大多数系统默认动作是终止该进程。可以用signal(signo, SIG_DFL)表示执行系统默认对该信号的动作。

• 信号说明

  名字	说明	默认动作
  SIGABRT	异常终止	终止+core
  SIGCHLD	子进程终止	忽略

• SIGSEGV
  说明进程进行了一次无效的内存引用，比如访问了一个未经初始化的指针。

键盘快捷键发送信号

• ctrl-c: ( kill foreground process ) 发送 SIGINT 信号给前台进程组中的所有进程，强制终止程序的执行；

• ctrl-z: ( suspend foreground process ) 发送 SIGTSTP 信号给前台进程组中的所有进程，常用于挂起一个进程，而并非结束进程，用户可以使用使用fg/bg操作恢复执行前台或后台的进程。fg命令在前台恢复执行被挂起的进程，此时可以使用ctrl-z再次挂起该进程，bg命令在后台恢复执行被挂起的进程，而此时将无法使用ctrl-z再次挂起该进程；一个比较常用的功能：正在使用vi编辑一个文件时，需要执行shell命令查询一些需要的信息，可以使用ctrl-z挂起vi，等执行完shell命令后再使用fg恢复vi继续编辑你的文件（当然，也可以在vi中使用！command方式执行shell命令，但是没有该方法方便）。

• ctrl-d: ( Terminate input, or exit shell ) 一个特殊的二进制值，表示 EOF，作用相当于在终端中输入exit后回车；
  -ctrl-/ 发送 SIGQUIT 信号给前台进程组中的所有进程，终止前台进程并生成 core 文件

• ctrl-s 中断控制台输出

• ctrl-q 恢复控制台输出

• ctrl-l 清屏

其实，控制字符都是可以通过stty命令更改的，可在终端中输入命令"stty -a"查看终端配置

函数signal

#include 

void (*signal(int signo, void (*func)(int)))(int);
    函数返回值：成功返回以前信号处理函数的指针，出错返回SIG_ERR

#define SIG_ERR (void (*)())-1
#define SIG_ERR (void (*)())0  // 默认
#define SIG_ERR (void (*)())1  // 忽略

中断的系统调用

如果进程在执行一个低速系统调用而阻塞期间捕捉到一个信号，则该系统调用就被中断不再继续执行，该系统调用返回出错，其errno设置为EINTR。
这样处理时因为一个信号发生了，进程捕捉到它，这意味着已经发生了某种事情，所以是个好机会唤醒阻塞的系统调用。

为了支持这一特性，将系统调用分为2类：低速的系统调用和其他系统调用。低速系统调用是指可能会使进程永远阻塞的一类系统调用。包括：

• 某些类型文件按不存在（如管道，终端设备和网络设备）的数据不存在。则读操作可能会使调用者永久阻塞

与被中断的系统调用相关的是必须显示地处理出错并返回。

again:
    if ( (n = read(fd, buf, BUFSIZE)) < 0)
    {
        if (errno == EINTR)
            goto again;
        /*  处理其他错误 */  
    }

函数kill和raise

kill

#include 

int kill(pid_t pid, int signo);
    函数返回值：成功返回0， 出错返回-1

kill的pid参数有以下4种情况:
a pid > 0  将该信号发送给进程ID为pid的进程
b pid == 0 将该信号发送给与发送
c pid < 0  将该信号发送给进程组ID等于pid绝对值。
d pid == -1  将该信号发送给进程有权限向他们发送信号的所有进程。

kill 将信号发送给进程或者进程组。

信号0定义为空信号。kill可以发送信号0用来确定进程是否存在，如果向一个并不存在的进程发送空信号，则 kill返回-1，errno被设置为ESRCH。

rasize

#include 

int raise(int signo);
    函数返回值：成功返回0， 出错返回-1

raise函数允许进程向自身发送信号。

函数alarm和pause

alarm

#include 
unsigned int alarm(unsigned int seconds)
    返回值：0或以前设置的闹钟时间的预留秒数

alarm用来设置一个定时器，当定时器超时，会给调用进程产生一个SIGALRM信号。

每个进程只能有一个闹钟时间。如果在调用alarm时，之前已为该就弄成注册的闹钟时间还没有超时，则该闹钟时间的余留值作为本次alarm调用返回值。以前注册的闹钟时间则被新值代替。

如有以前注册的尚未超过闹钟时间，而且本次调用的seconds值是0，则取消以前的闹钟时间，则余留值仍作为alarm函数的返回值。

pause

#include 

int pause();
    返回值：-1，errno设置为EINTR

pause函数使调用进程一直挂起直至捕捉到一个信号，只有执行了了一个信号处理程序并从其返回时，pause才返回。在这种情况下，pause返回-1，errno设置为EINTR。

信号集

不可靠信号与可靠信号

在早期的UNIX版本中，信号是不可靠的，不可靠这里指的是：信号可能会丢失，一个信号发生了，但进程却可能一直不知道这一点。同时，进程对信号的控制能力也很差。它能捕捉信号或忽略它。但是有有时用户希望通知内核阻塞某个信号，不要忽该信号。在其发生时记住它。然后再进程做好了准备时再通知它。

当一个信号产生时，内核通常在进程表中以某种形式设置了一个标志。当对信号采取这种动作时，我们说向进程递送了一个信号。在信号产生和递送之间的时间间隔内，称信号是未决的。

进程可以选择"阻塞信号递送"。如果为进程产生了一个阻塞的信号，而且对该信号的动作是系统默认动作或捕捉该信号，则为该进程将此信号保持为未决状态，直到该进程对此信号解除了阻塞，或者默认将对此信号的动作改为忽略。

每个进程都有一个信号屏蔽字，它规定了当前要阻塞递送到该进程的信号集。
sigset_t 信号集，用来表示多个信号的数据类型。

#include 

int sigemptyset(sigset_t *set);    // 清楚所有
int sigfillset(sigset_t *set);     //  包括所有
int sigaddset(sigset_t *set, int signo);    // 添加
int sigdelset(sigset_t *set, int signo);     // 删除
    4个函数返回值：成功返回0， 出错返回-1

int sigismmeber(const sigset_t* set, int signo)
    若真，返回1，若假，返回-1

函数sigprocmask

#include 
int sigprocmask(int how,  const sigset_t *restrict set,  sigset_t *restrict oset)
    返回值：成功返回0。出错返回-1

前面提到了一个进程的信号屏蔽字。函数sigprocmask可以检测或更改。

• 检测
  如果oset是非空指针，那么进程当前屏蔽字通过oset返回，此时参数how设置为0

• 修改
  如果set是一个非空指针，则参数how指示如何修改当前信号屏蔽字。

  名字	说明
  SIG_BLOCK	该进程新的信号屏蔽字是其当前信号屏蔽字和set指向信号集的并集。set包含了希望阻塞的附 加信号
  SIG_ UNBLOCK	该进程新的信号屏蔽字是其当前信号屏蔽字减去set指向信号集的并集。set包含了希望解除的阻塞附加信号
  SIG_ SETMASK	该进程新的信号屏蔽字是set信号集

函数sigpending

#include 

int sigpend(sigset_t *set)
    返回值：成功返回0；出错返回-1

sigpend函数返回一信号集，对于调用进程而言，其中的各信号是阻塞不能递送的。所以一定是当前未决信号的集合。

static void sig_quit(int signo) {
    printf("\ncaught SIGQUIT\n");
    if (signal(SIGQUIT, SIG_DFL) == SIG_ERR)
        err_sys("can't reset SIGQUIT");
}

int main(int argc, char **argv) {
    sigset_t newmask, oldmask, pendmask;

    if (signal(SIGQUIT, sig_quit) == SIG_ERR)
        err_sys("can't catch SIGQUIT");

    sigemptyset(&oldmask);      // 初始化信号集
    sigemptyset(&newmask);    // 初始化信号集
   
    /* 将SIGQUIT加入信号屏蔽字 */
    sigaddset(&newmask, SIGQUIT);         // 将SIGQUIT加入信号集
    if (sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask) < 0)
        err_sys("SIG_BLOCK error");
    printf("SIGQUIT block\n");

    sleep(5);

    /* 测试未决信号集中是否含有SIGQUIT */
    if (sigpending(&pendmask) < 0)    // 未决信号集合保存在pendmask中
        err_sys("sigpending error");
    if (sigismember(&pendmask, SIGQUIT))
        printf("\nSIGQUIT pending");

    /* 恢复之前的信号屏蔽字 */
    if (sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL) < 0)
        err_sys("SIG_SETMASK error");
    printf("SIGQUIT unblock\n");

    sleep(5);
}

函数sigaction

#include 

int sigaction(int signo, const struct sigaction *restrict, struct sigaction*oldrestrict)
    返回值：成功返回0，出错返回-1

struct sigaction {
    void (*sa_handler)(int);        // 信号捕捉函数地址
    sigset_t sa_mask;                // 要阻塞的信号集
    int sa_flags;                         // 
    void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void);
};

|选项|说明|
|SA_INTERRUPT|由此信号中断的系统调用不会自动重启
|SA_RESTART|由此信号中断的系统调用会自动重启

#include 

void sig_chld(int signo) {
    printf("get signal: %s\n", strsigno(signo));    
}

int main() {
    pid_t pid;
    struct sigaction new_action, old_action;

    new_action.sa_handler = sig_chld;
    sigemptyset(&new_action.sa_mask);
    new_action.sa_flags = 0;
    sigaction(SIGCHLD, &new_action, &old_action);

    if ( (pid=fork()) == -1){
        perror("fork error");       
        exit(1);
    } 
    else if(pid == 0) {
        if ( kill(getpid(), SIGSTOP) == -1){
          printf("send SIGSTOP to child error\n");
          exit(1);
      }
      printf("child done\n");
    } else {
      sleep(1);
      kill(pid, SIGCONT);
      sleep(2);
      printf("parent done\n");
  }
}